[发明专利]一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器

权利要求书

1.一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：

包括传感器芯片(16)、传感器阵列(18)、片上裸露源极(19)和片上裸露漏极(20)；传感器芯片(16)表面中心设有传感区域(17)，传感区域(17)中间布置有传感器阵列(18)，传感器阵列(18)是由多个场效应管传感结构紧密阵列均布而成，传感器芯片(16)表面边缘布置有一个片上裸露源极(19)和多个片上裸露漏极(20)，各个场效应管传感结构的源极(3)均连接到同一片上裸露源极(19)，每个场效应管传感结构的漏极(2)连接到不同的片上裸露漏极(20)。

2.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的衬底(1)采用N型硅半导体。

3.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的场效应管传感结构包括衬底(1)、漏极(2)、源极(3)、金属氧化物薄膜(5)、顶栅(6)和背栅(4)，衬底(1)底面开设有底凹槽，底凹槽中布置背栅(4)，衬底(1)顶面的两侧均开设有顶凹槽，两侧的顶凹槽中分别布置漏极(2)和源极(3)；漏极(2)和源极(3)之间的衬底(1)顶面上布置有金属氧化物薄膜(5)，金属氧化物薄膜(5)内部存在有浮栅结构(12)，金属氧化物薄膜(5)上表面布置顶栅(6)，顶栅(6)上方设有第一金属层(8)，顶栅(6)与第一金属层(8)之间通过连接层(7)相连，第一金属层(8)上方设有第二金属层(9)，第一金属层(8)和第二金属层(9)组成平板电容；衬底(1)顶面上包裹布置氧化层(10)，金属氧化物薄膜(5)、顶栅(6)、连接层(7)、第一金属层(8)、第二金属层(9)均布置于氧化层(10)中，氧化层(10)的顶面覆盖布置钝化层(11)；钝化层(11)上有细胞培养液(14)，待测细胞(13)位于细胞培养液(14)中，待测细胞(13)接触到钝化层(11)，细胞培养液(14)内部设有参考电极(15)；参考电极(15)和源极(3)引出接地。

4.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的传感区域(17)布置容器结构，容器结构内有细胞培养液(14)。

5.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的场效应管传感结构的漏极(2)均连接到传感器芯片(16)上的同一片上裸露源极(19)，所述的场效应管传感结构的背栅(4)分别连接到传感器芯片(16)上各自不同的片上裸露源极(19)。

6.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的片上裸露源极(19)和片上裸露漏极(20)采用金Au金属。

7.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：所述的场效应管传感结构是在一块N型硅半导体的衬底(1)两侧上用光刻扩散形成两个凹槽，作为两个P型半导体区，每个P型半导体区布置金Au，然后在两个P型半导体区之间布置金属氧化物薄膜(5)，金属氧化物薄膜(5)采用HFO₂作为栅极绝缘层，金属氧化物薄膜(5)上布置顶栅(6)，顶栅(6)存在双次耦合。

8.根据权利要求1所述的一种基于场效应管传感结构的非接触式细胞膜电位传感器，其特征在于：作为栅极绝缘层的金属氧化物薄膜(5)的HFO₂采用原子层沉积工艺生长在衬底(1)上，可以精确控制高k栅极绝缘层的厚度；使用低压化学气相沉积(LPCVD)制造Si₃N₄的钝化层(11)；片上裸露源极(19)和片上裸露漏极(20)采用电子束蒸发沉积法制作。